一種基于微生物礦化誘導技術(shù)制備固體廢棄物建材制品的方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于微生物學領域和材料科學領域的交叉科學技術(shù)，涉及一種基于微生物 礦化誘導技術(shù)制備固體廢棄物建材的微生物方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的固體廢棄物逐年增長，如 果不采取合理的方式對這些固體廢棄物進行綜合利用，必然將會對社會環(huán)境造成許多危 害，諸如占用土地，污染空氣，浪費資源等。固體廢棄物資源化利用最廣泛、有效途徑之一便 是用于建筑材料，固體廢棄物主要的活性礦物組成為(： 23、(：33、〇44?和1?0相(1%、？6、111等的氧 化物所形成的固熔體)等，與水泥組分相近，但使用固體廢棄物制備建筑材料還存在水化速 率慢，安定性較差等問題。
[0003] 微生物礦化誘導技術(shù)是模仿了自然界中C02的礦物吸收過程，即C02與含有堿性或 堿土金屬氧化物的礦石反應，生成永久的、更為穩(wěn)定的碳酸鹽這樣一系列過程。但在自然界 中，礦石碳酸化過程是自然發(fā)生的，過程非常緩慢。為了加速這一過程，從自然界中提取出 某種微生物，提供其充分適宜的生存、繁殖和活化反應條件，加速其的酶化作用，再人為得 提高C0 2的濃度，其分泌的碳酸酐酶理論上可以加快水合反應速度約107倍，顯著提升C02的 吸收效率和吸收速率，并且其分泌物也具有一定的膠凝性，從而達到微生物的高效固碳。該 技術(shù)一項利用廢棄物、節(jié)約資源和能源的先進技術(shù)，是處理固體廢棄物的有效方法，不僅可 以解決工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)出固體廢棄物的污染，也可在一定程度上緩解所引起的溫室效應具有處 理時間短，并且工藝簡單，投資少，不會產(chǎn)生二次污染，具有較高的經(jīng)濟與社會效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種基于微生物礦化誘導技術(shù)制備固體廢棄物建材制品的 方法，此方法具有成本低、效果顯著、環(huán)境友好，不會產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點。
[0005] 技術(shù)方案:本發(fā)明基于微生物礦化誘導技術(shù)制備固體廢棄物建材制品的方法，包 括以下步驟：
[0006] 1)將膠質(zhì)芽孢桿菌接種至相應的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，制備菌體濃度為106~10 7個/mL的 濃縮菌液；
[0007] 2)將固體廢棄物與堿激發(fā)劑在攪拌鍋內(nèi)混合均勻，向攪拌鍋內(nèi)加入所述濃縮菌液 與水，攪拌均勻后加入砂繼續(xù)攪拌，攪拌均勻后將漿體倒入模具中振搗成型；
[0008] 3)成型后，將試件置于相對濕度(60% ±3%)，溫度(20±2)°C的環(huán)境中養(yǎng)護，Id后 脫模，將脫模后試樣放入壓力爸中，在濕度(70% ±3% )，一定C〇2壓力下養(yǎng)護4h-6h。在一定 二氧化碳壓力養(yǎng)護條件下，膠質(zhì)芽孢桿菌吸收、轉(zhuǎn)化C02為碳酸根，與固廢與激發(fā)劑體系中 的Ca 2+成CaC03，同時微生物礦化生成的CaC03在含有激發(fā)劑的體系中，能促進水化硅酸鈣與 水化碳鋁酸鈣的形成，固體廢棄物建材制品的強度到明顯的提升提高。
[0009] 4)所述固體廢棄物建材制品中固廢、砂、堿激發(fā)劑、菌液、水按質(zhì)量比為1: 2~3 : 0.1~0.2:0.1~0.2:0.1~0.2 制備。
[0010] 所述膠質(zhì)芽孢桿菌濃縮菌液添加入固體廢棄物與激發(fā)劑混合體系中，會加速該體 系的水化與碳化速率，水化產(chǎn)物中有水化碳鋁酸鈣的生成，碳酸鈣含量也有明顯的提高，得 到碳化后固體廢棄物建材制品的強度與耐久性都有明顯的提高。
[0011] 有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：
[0012] 1、與傳統(tǒng)的二氧化碳蒸壓養(yǎng)護制磚方法相比，開創(chuàng)性的利用微生物礦化誘導技術(shù) 制備固體廢棄物建材制品的方法，使建材制品的強度得到提升。
[0013] 2、二氧化碳壓力養(yǎng)護條件下，膠質(zhì)芽孢桿菌吸收、轉(zhuǎn)化C02為碳酸根，與固廢堿激 發(fā)劑體系中的Ca 2+成CaC03,同時微生物礦化生成的CaC03與體系中的碳酸根離子能促進水 化體系中水化硅酸鈣與水化碳鋁硅酸鹽的形成，固體廢棄物建材制品的強度到明顯的提升 提尚。
[0014] 3、本發(fā)明采用的微生物方法，具有高效、簡化養(yǎng)護條件，經(jīng)濟環(huán)保等特點，形成的 礦物性質(zhì)穩(wěn)定、耐久性強，過程中產(chǎn)生的二氧化碳可有效捕獲利用，減緩溫室效應。
【附圖說明】
[0015] 圖1為采用微生物礦化誘導技術(shù)與未添加微生物制備鋼渣制品形成的水化產(chǎn)物 XRD 圖，
[0016] 圖2為采用微生物礦化誘導技術(shù)與未添加微生物制備鋼渣制品形成的水化產(chǎn)物 SEM圖，其中圖2a是未使用微生物礦化誘導技術(shù)制備的鋼渣制品，圖2b是使用微生物礦化誘 導技術(shù)制備的鋼渣制品。
[0017] 圖3為采用微生物礦化誘導技術(shù)與未添加微生物制備鋼渣制品形成的水化產(chǎn)物 TG-DSC圖，其中，圖3a是未使用微生物礦化誘導技術(shù)制備的鋼渣制品，圖3b是使用微生物礦 化誘導技術(shù)制備的鋼渣制品。
【具體實施方式】
[0018] 本發(fā)明所采用的膠質(zhì)芽孢桿菌均來源于中國工業(yè)微生物菌種保藏中心。
[0019] 本發(fā)明基于一種基于微生物礦化誘導技術(shù)制備固體廢棄物建材制品的方法，方法 步驟如下：
[0020] (1)獲取膠質(zhì)芽孢桿菌濃縮菌液:將膠質(zhì)芽孢桿菌接種于滅菌后的培養(yǎng)基溶液，每 升培養(yǎng)基含有蛋白胨3~7g、牛肉浸取物4~6g，NaCl 6~7g、瓊脂16~18g、MgS〇4〇.3~ 〇.7g，并控制pH為7~8,于32~38°C下振蕩培養(yǎng)24h，得到含有膠質(zhì)芽孢桿菌的菌液，在4°C 下經(jīng)6000~8000rpm高速離心10~15min后，除去上層培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)后加去離子水，濃縮 菌液中所含菌體濃度為1〇 6~1〇7個/mL。
[0021] (2)將固體廢棄物與堿激發(fā)劑在攪拌鍋內(nèi)混合均勻，向攪拌鍋內(nèi)加入所述濃縮菌 液與水，攪拌均勻后加入砂繼續(xù)攪拌，攪拌均勻后將漿體倒入模具中振搗成型。
[0022] (3)成型后，將試件置于相對濕度(60 % ± 3 % )，溫度（20 ± 2)°C的環(huán)境中養(yǎng)護，1 d 后脫模，將脫模后試樣放入壓力爸中，在濕度(70% ±3% )，一定⑶2壓力下養(yǎng)護4h_6h。在一 定二氧化碳壓力養(yǎng)護條件下，膠質(zhì)芽孢桿菌吸收、轉(zhuǎn)化C02為碳酸根，與固廢與激發(fā)劑體系 中的Ca2+成CaC03，同時微生物礦化生成的CaC03在含有激發(fā)劑的體系中，能促進水化硅酸鈣 與水化碳鋁酸鈣鹽的形成，提高反應體系的水化速率，基體的密實程度得到提高，固體廢棄 物建材制品的強度到明顯的提升提尚。
[0023] (4)所述固體廢棄物建材制品中固廢、砂、堿激發(fā)劑、菌液、水按質(zhì)量比為1: 2~3: 0.1~0.2:0.1~0.2:0.1~0.2制備，具體配比如表1所示。
[0024] (5)對固體廢棄物制品的各性能進行分析檢測，結(jié)果表明，使用微生物礦化誘導技 術(shù)制備的固體廢棄物制品有較高強度，無泛堿開裂的現(xiàn)象出現(xiàn)，碳化后固體廢棄物制品內(nèi) 部的碳酸鈣含量增加，水化產(chǎn)物中有水化碳鋁酸鈣的生產(chǎn)，制品內(nèi)部致密程度增加。
[0025] (6)說明書的附圖1、2、3分別為采用微生物礦化誘導技術(shù)與未添加微生物制備鋼 渣制品形成的水化產(chǎn)物XRD、SEM、TG-DSC圖，由試驗結(jié)果可以看出，采用本技術(shù)制備的固體 廢棄物制品，水化產(chǎn)物中有明顯的水化碳鋁酸鈣生成，碳酸鈣含量明顯增加，制品內(nèi)部的密 實程度明顯提高。此方法具有成本低、效果顯著、環(huán)境友好，不會產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點
[0026] 表1微生物礦化固體廢棄物體系配比/(g)
[0028] 實例：
[0029] (1)獲取膠質(zhì)芽孢桿菌濃縮菌液:將膠質(zhì)芽孢桿菌接種于滅菌后的培養(yǎng)基溶液，每 升培養(yǎng)基含有蛋白胨7g、牛肉浸取物6g，NaCl 7g、瓊脂18g、MgS〇4〇.7g，并控制pH為7~8,于 32°C下振蕩培養(yǎng)24h，得到含有膠質(zhì)芽孢桿菌的菌液，在4°C下經(jīng)6000~SOOOrpm高速離心 15min后，除去上層培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)后加去離子水，濃縮菌液中所含菌體濃度為10 6~107個/ mL〇
[0030] (2)將500g鋼渣與100g激發(fā)劑Ca (0H) 2混合，倒入攪拌鍋中攪拌均勻后，向攪拌鍋 內(nèi)加入100ml濃縮的菌液與200ml水，繼續(xù)攪拌至均勾，加入1500g砂后繼續(xù)攪拌，攪拌均勾 后，將漿體倒入模具中振搗成型。
[0031 ] (3)成型后，將試件置于相對濕度(60 % ± 3 % )，溫度（20 ± 2)°C的環(huán)境中養(yǎng)護，1 d 后脫模，將脫模后試樣放入壓力釜中，在濕度（70% ±3%)，⑶2壓力為0.3MPa條件下養(yǎng)護 4h〇
[0032] (4)對鋼渣磚各性能進行分析檢測，結(jié)果表明，使用微生物礦化誘導技術(shù)制備的鋼 渣磚有較高強度，無泛堿開裂的現(xiàn)象出現(xiàn)，各項性能均符合國家規(guī)定，微生物礦化誘導作用 后，碳化后磚體內(nèi)部的碳酸鈣含量增加，水化產(chǎn)物中有水化碳鋁酸鈣的生產(chǎn)，磚內(nèi)部致密程 度增加。
【主權(quán)項】
1. 一種基于微生物礦化誘導技術(shù)制備固體廢棄物建材制品的方法，其特征在于，該方 法包括以下步驟： 1) 將膠質(zhì)芽孢桿菌接種至相應的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，制備菌體濃度為1〇6~1〇7個/mL的濃縮 菌液； 2) 將固體廢棄物與激發(fā)劑在攪拌鍋內(nèi)混合均勻，向攪拌鍋內(nèi)加入所述濃縮菌液與水， 攪拌均勻后加入砂繼續(xù)攪拌，攪拌均勻后將漿體倒入模具中振搗成型； 3) 成型后，將試件置于相對濕度為60% ±3%，溫度22°C±2°C的環(huán)境中養(yǎng)護，Id后脫 模，將脫模后試樣放入壓力釜中，在相對濕度70% ±3%，在C02壓力下養(yǎng)護4h，得到固體廢 棄物建材制品。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微生物礦化誘導技術(shù)制備固體廢棄物建材制品的方法， 其特征在于，所述固體廢棄物建材制品，其中，固體廢棄物、砂、激發(fā)劑、濃縮菌液、水按質(zhì)量 比為 1:2~3:0.1~0.2:0.1~0.2:0.1~0.2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微生物礦化誘導技術(shù)制備固體廢棄物建材制品的方法， 其特征在于所述膠質(zhì)芽孢桿菌濃縮菌液添加入固體廢棄物與激發(fā)劑混合體系中，會加速該 體系的水化與碳化速率，水化產(chǎn)物中有水化碳鋁酸鈣的生成，碳酸鈣含量也有明顯的提高， 得到碳化后固體廢棄物建材制品的強度與耐久性都有明顯的提高。所述激發(fā)劑為氧化鈣， 激發(fā)劑可以加速體系的水化反應速率，提高體系的強度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于微生物礦化誘導技術(shù)制備固體廢棄物建材制品的方法，其步驟為：將膠質(zhì)芽孢桿菌接種至相應的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，制備菌體濃度為106～107個/mL的濃縮菌液；將固體廢棄物與激發(fā)劑混合，倒入攪拌鍋中攪拌均勻后，向攪拌鍋內(nèi)加入所述濃縮菌液與水，攪拌均勻后加入砂繼續(xù)攪拌，攪拌均勻后將漿體倒入模具中振搗成型；成型后，將試件置于相對濕度為60％±3％，溫度20℃±2℃的環(huán)境中養(yǎng)護，1d后脫模，將脫模后試樣放入壓力釜中，在相對濕度70％±3％，在CO2壓力下養(yǎng)護4h，得到固體廢棄物建材制品。此方法具有成本低、效果顯著、環(huán)境友好，不會產(chǎn)生二次污染的優(yōu)點。
【IPC分類】C04B40/00, C04B18/16
【公開號】CN105481469
【申請?zhí)枴緾N201510907609
【發(fā)明人】錢春香, 伊海赫, 王凱
【申請人】東南大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月9日